谷物清洁装置.pdf

谷物清洁装置，本发明涉及一种为车辆中的系统提供动力的方法，该方法包括以下步骤：机械连接、驱动和控制。所述机械连接步骤包括连接一动力单元与至少一个主负荷，该至少一个主负荷包括一推进负荷；所述驱动步骤包括驱动具有至少一个动力源的一清洁风机和一清粮筛，该至少一个动力源机械独立于所述的动力单元；所述控制步骤包括控制所述至少一个动力源的速度，该速度独立于所述动力单元速度。

1、  一种为车辆中的一系统提供动力的方法，该方法包括以下步骤：
机械连接一动力单元与至少一个主负荷，所述至少一个主负荷包括一推进负荷；
利用至少一个动力源驱动一清洁风机和一清粮筛，所述至少一个动力源机械独立于所述动力单元；和
控制所述至少一个动力源的速度，所述速度独立于所述动力单元的速度。

2、  根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的控制步骤取决于以下中的至少一个：一来自所述车辆的操作员的输入、一所述动力单元上的负荷以及一所述车辆的至少一个其他机械装置上的负荷。

3、  根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述至少一个动力源具有一轴，该轴以独立于所述动力单元速度的一大体恒定的轴速度转动。

4、  根据权利要求1所述的方法，还包括与所述至少一个动力源的控制通信的一控制器。

5、  根据权利要求4所述的方法，还包括以下步骤：
发送来自连接至所述清粮筛的至少一个传感器的一第一信号给所述控制器；和
发送来自连接至所述清洁风机的至少一个传感器的一第二信号给所述控制器，所述第一信号和第二信号分别包括关于所述清粮筛和所述清洁风机的运行状况的信息。

6、  根据权利要求5所述的方法，还包括以下步骤：
在一显示器上显示信息，所述信息来自于与所述清洁风机和所述清粮筛中至少一个速度相关的所述第一信号和所述第二信号中至少一个；和
通过通信连接至所述控制器的一操作员控制接收来自操作员的一输入命令，所述输入命令用来改变所述清洁风机和所述清粮筛中至少一个所述速度。

7、  根据权利要求6所述的方法，还包括以下步骤：
保持所述清洁风机和所述清粮筛中至少一个的所述速度在一默认速度和一操作员输入的速度中的至少一个。

8、  根据权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：
通过至少一个其他传感器感应谷物损伤、谷物损失、空气湿度、气压、温度、车辆角姿态和谷物水分含量中的至少一个；
将信息从所述至少一个其他传感器传输至所述控制器，所述信息与所述感应步骤中至少一个因素相关；和
根据所述信息改变所述清洁风机和所述清粮筛中至少一个所述速度。

9、  根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
改变所述至少一个动力源的方向，从而将谷物移出所述清粮筛。

10、  根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
通过所述控制步骤调整所述清粮筛的振动频率。

11、  一种车辆，包括：
一动力单元，其可与至少一个主负荷连接，所述至少一个主负荷包括一推进负荷；
一清洁风机；
一清粮筛；
一框架，其为所述清洁风机和所述清粮筛提供支撑；和
至少一个动力源，其驱动连接至所述清洁风机和所述清粮筛中的至少一个，所述至少一个动力源机械独立于所述动力单元，所述至少一个动力源独立于所述推进负荷。

12、  根据权利要求11所述车辆，其特征在于：所述至少一个动力源包括一电动马达，该电动马达具有一轴，该轴以独立于所述动力单元速度的一大体恒定的轴速度转动。

13、  根据权利要求12所述车辆，其特征在于：所述轴连接至所述清粮筛，所述清粮筛以200～400转每分钟被驱动。

14、  根据权利要求11所述车辆，还包括与所述至少一个动力源可控制地连接的一控制器。

15、  根据权利要求14所述车辆，还包括：
连接至所述清粮筛的至少一个传感器，其被构形用以发送一第一信号至所述控制器；和
连接至所述清洁风机的至少一个传感器，其被构形用以发送一第二信号至所述控制器。

16、  根据权利要求15所述车辆，还包括
一通信连接至所述控制器的显示器，所述显示器显示来自与所述清洁风机和所述清粮筛中至少一个的一速度相关的所述第一信号和所述第二信号中的至少一个的信息；和
一组通信连接至所述控制器的操作员控制，所述组的操作员控制被构形用以将来自操作员的输入传递至所述控制器，从而改变所述清洁风机和所述清粮筛中至少一个的所述速度。

17、  根据权利要求16所述车辆，其特征在于：所述控制器被构形用以保持所述清洁风机和所述清粮筛中至少一个的所述速度在一默认速度和一操作员输入的速度中的至少一个。

18、  根据权利要求17所述车辆，还包括由所述动力单元机械驱动的一发电机，所述至少一个动力源包括一电动马达，所述发电机与所述电动马达电连接。

19、  根据权利要求14所述车辆，还包括至少一个传感器，其用于感应谷物损伤、谷物损失、空气湿度、气压、温度、车辆角姿态和谷物水分含量中的至少一个，所述至少一个传感器传送信息给所述控制器，所述控制器被构形用以根据所述信息改变所述清洁风机和所述清粮筛中至少一个的速度。

20、  根据权利要求19所述车辆，其特征在于：所述至少一个动力源包括驱动连接至所述清粮筛的一第一电动马达和驱动连接至所述清洁风机的一第二电动马达，所述第一电动马达和所述第二电动马达可控制地连接至所述控制器。

谷物清洁装置
技术领域
本发明涉及发动机提供动力的车辆，尤其涉及一种与收割车辆相关的谷物清洁装置。
背景技术
谷物联合收割机包括一收割台，该收割台将农作物割下并送入脱粒转子中，脱粒转子在多孔室内旋转，脱粒转子直接在多孔室内执行从农作物到谷物的脱粒作业。谷物脱粒一完成就将谷物通过多孔室上的穿孔送至谷物盘，再从谷物盘送至一组被称为清粮筛的上下筛。该上下筛通过振动或摆动达到收集干净谷物的目的。与此同时，清洁风机也向上下筛送风将谷壳吹送至联合收割机的尾部，而秸秆等来自于脱粒作业部分的农作物残渣则通过铡刀并离开联合收割机的尾部。
脱粒作业之后，在联合收割机中仍然还有一些谷壳和稻草与谷物混合。清洁装置就用来将这些谷物中的污染物清除。大多数收割机内的清洁装置包括鼓风机、上筛和下筛，鼓风机具有其自己的外壳，而上、下筛是清粮筛的一部分。
因此在技术上需要一种高效有效的方法来控制清粮筛和清洁风机的速度。
发明内容
本发明提供一种有效的方法以控制收割机中的清洁系统的速度。
本发明的一种形式是一种为车辆中的系统提供动力的方法，该方法包括以下步骤：机械连接、驱动和控制。所述机械连接步骤包括连接动力单元与至少一个主负荷，该至少一个主负荷包括一推进负荷。所述驱动步骤包括利用至少一个动力源驱动一清洁风机和一清粮筛，该至少一个动力源机械独立于所述动力单元；所述控制步骤包括控制所述至少一个动力源的速度，该速度独立于所述动力单元的速度。
本发明的另一种形式是一种包括动力单元的车辆，该车辆包括一动力单元、一清洁风机、一清粮筛、一框架和至少一个动力源；所述动力单元可与至少一个主负荷连接，该至少一个主负荷包括一推进负荷；所述框架为所述清洁风机和所述清粮筛提供支撑；所述至少一个动力源驱动连接至所述清洁风机和/或所述清粮筛，所述至少一个动力源机械独立于所述动力单元。所述至少一个动力源独立于所述推进负荷。
附图说明
图1是包括有本发明的清洁系统控制的例子的收割机形式的农用车的侧视图；
图2是用于图1的收割机中的谷物清洁装置的侧视示意图；
图3是用于安装在图1的收割机中的本发明的例子中的元件方框示意图；
图4是表示利用图3的所述元件的本发明方法的例子的流程图；及
图5是说明图1中车辆功能的流程图。
具体实施方案
联合收割机生产率的限制性因素之一是清粮筛的性能。典型的联合收割机包括清粮筛和清洁风机驱动，该驱动以与发动机转速固定的比率运行。如果发动机转速变化，风机和清粮筛的转速变化与发动机转速的变化是相同的百分比。例如，当发动机转速为2200(rpm)转每分钟时，筛动频率可选定为300(rpm)转每分钟，而风机的转速比则可以通过操作员超出一定范围的改变，但风机的转速一旦设置完毕，则风机的转速取决于发动机的转速。
发动机的额定运行转速通常是2200(rpm)转每分钟，在发动机开发的全额定功率中这一转速是正常转速。运行中的发动机转速范围通常是2000-2340转每分钟，而清粮筛的转速在+6％/-9％的范围。在很多情况下，如果风机转速和筛振动频率以该数额变化，将会导致高损耗并污染箱内的谷物甚至过早发生筛框的故障。而在收割如牧草种子之类非常轻质的谷物时，如果风机转速略有增加，轻质谷物就会被吹出而丢失。此外，当装置相对于地面的角姿态发生变化时，例如当收割机上山、下山、甚至在地头转向时，会发生角姿态的改变。此外，动力可能突然下降或脱粒动力可能下降，因为所述机器不再收割谷物，但一些已收割的农作物仍然会通过所述收割机器。
如图所示，尤其是图1-3，表示诸如农用收割机形式的作业车辆的动力机械装置，如农用联合收割机10。所述动力机械装置可以具有一个以上的动力单元，如发动机。所述动力机械装置可以包括一推进系统，以将所述动力机械装置从一地移动到另一地。所述作业车辆也可以是利用本发明的谷物清洁系统的不同类型车辆的形式。
农用车10包括具有车轮14的框架12。框架12为农用车10上的各种元件提供支撑。农用车10使用内燃机形式的动力单元36，以驱动包括车轮14的所述推进系统。所述推进系统以直接机械负荷的形式将一推进负荷置于所述动力单元上。
所述框架12上附设有切割机构16、进给室18、清洁装置20、粮箱22、操作员驾驶室24和卸粮螺旋26。切割机构16从联合收割机10朝前延伸并将已收割的产物提供给进给室18，进给室18引导已收割的产物至安置在收割机10内的脱粒单元、分离单元和清洁装置20。发动机36可以内燃机形式并可以作为主动力源36为农用车10提供动力。尽管也可以设想到农用车10可以具有一个以上的发动机，但为了便于理解，发动机36在此处以一个为例。
进给室18引导已收割产物至脱粒单元，并从脱粒单元进入分离装置，未示出，之后已收割产物分离为谷物和谷壳并一起被送入清洁装置20；所述脱粒单元由发动机驱动，该发动机可以与提供推进动力的动力单元为同一动力单元。谷物在清洁装置20内清洁后，干净的谷物被传送到粮箱22中，而谷壳和稻草被送出联合收割机10的尾部。操作员通过驾驶室24内的控制器卸下暂时存储在粮箱22内干净的谷物，设于操作员驾驶室内的控制器允许谷物从粮箱22中通过卸粮螺旋26传送至运输车辆，未示出。
清洁装置20包括清洁风机28和清粮筛30，清粮筛30包括上筛32和下筛34，上筛32和下筛34以选定频率振动，从而有效地分离谷物和农作物残渣。如图3所示，清洁风机28通过马达58驱动，清粮筛30通过马达60驱动，马达58和马达60分别为清洁风机28和清粮筛30的动力源，且马达58和马达60均机械独立于所述主动力单元。虽然本实施例中设有两个独立的马达58和马达60，但也可考虑使用一个独立的驱动动力源来驱动清洁风机28和清粮筛30。不管使用一个或多个马达，马达均是控制器52控制的独立的动力源，且运转速度独立于农用车10的所述动力单元的发动机转速。清粮筛30控制运行在200-400转每分钟的选定速度，尤其是在250-350转每分钟之间。而上述的“独立”是用来定义马达58和马达60不是由农用车10的发动机36直接机械驱动。
控制器52是清洁控制系统50的一部分，其可通信、可操作地连接至操作员控制54、显示器56、马达58、马达60及传感器62和64。可以理解，控制器52可以配备为一控制器中的固件或软件，该控制器作为微处理系统或作为专用于所述谷物清洁系统的控制的单独的电子电路，被用来控制农用车10的其他部件。所述操作员控制54和显示器56设于操作员驾驶室24内，以便于操作员有效地控制清洁风机28和清粮筛30的运行速度。显示器56通过传感器62提供给操作员有关清洁风机28和清粮筛30运行状况的信息。诸如清洁风机28和清粮筛30的速度的运行状况从传感器62传送至控制器52，再传送至显示器56，从而在显示器56上显示出信息。
操作员可以通过向操作员控制54输入控制信息，调节清洁风机28和清粮筛30的状态，如清洁风机28和清粮筛30的速度。操作员可以根据农用车10收割的农作物类型控制清洁风机28和清粮筛30的速度。传感器62不仅可以检测速度，还可以检测其他因素和状况，例如清洁风机28和清粮筛30的振动频率，该振动频率可以显示轴承退化和不平衡负载。有效地控制清洁风机28和清粮筛30的速度可以确保有效、高效率收割谷物，同时通过清洁装置20保持谷物卓越品质。
传感器64可以感应各种属性，不仅是清洁系统20的属性，还有其他环境和农用车10性能方面的属性。尽管在本实施例中将传感器64描述成与清洁控制系统50相关联，但所述传感器可以是车辆10的其他系统的一部分且所述信息被传输给清洁控制系统50。所述感应的项目包括谷物损伤、谷物损失、空气湿度、气压、气温、农用车10的角姿态以及谷物水分。这些及其他因素对于改变清洁风机28和/或清粮筛30的速度很重要。所述感应的因素的反馈可通过控制器52所载的标准进行自动控制，或由操作员通过操作员控制54输入信息进行控制。
谷物损伤的数量以及类型可以通过传感器64中的一个进行检测，当损失发生时可以通过清洁装置20来补偿从而减少谷物的损失或传递所述信息，通过控制器52，使得其他影响谷物损失的因素在谷物到达清洁系统前进行调整。谷物损失传感器64检测谷物移动到清洁系统装置20之外，则表示清洁系统20的某些因素需要改变，如清洁风机28的转速和\或清粮筛30运行的速度。空气湿度会影响空气的密度，从而影响清洁风机28的转速和\或清粮筛30的有效运行速度。此外，内载有标准的控制器52可用来根据可部分反映空气湿度的空气密度改变清洁风机28或清粮筛30的速度。
所述气压显示将提供与移动通过清洁系统20的空气数量相关的信息，以便清洁风机28和/或清粮筛30的速度可依据该信息改变。温度传感器可以检测空气温度和/或谷物温度，以便根据所述测量的温度有效控制清洁风机28和/或清粮筛30的速度。农用车10的角姿态改变筛32和34的角度，从而可改变其性能。因此来自角姿态传感器64的所述信息可以被控制器52利用，从而根据农用车10的姿态改变清洁风机28和/或清粮筛30的速度。谷物水分含量可影响所述已收割谷物的可分离性和大小，这将导致谷物在清洁系统20内有不同表现，但这可以通过调整清洗风机28和/或清粮筛30的速度来改变，以优化清洁系统20内谷物的回收率。
清洁控制系统50独立于发动机转速为所述发动机上的负荷运行清洁风机28和清粮筛30，从而减小清洁系统20内的可变性。马达58和马达60上均设有轴，所述轴在控制器52的控制下以选定速度转动，每一轴都有一大体恒定的轴速度，所述每一轴的所述转速彼此独立且均独立于发动机36的轴速度。从发动机36的移动部分到清洁风机28和清粮筛30没有直接的机械连接，以允许清洁控制系统50独立于发动机36的转速运行。这有利地允许清洁系统20的最佳性能而与发动机转速无关。除非操作人员通过操作员控制54输入另一速度，否则清洁风机28和/或清粮筛30可被设定在默认速度下运行。此外，控制器52可以利用接收自传感器62和传感器64的所述信息自动补偿清洁风机28和清粮筛30的速度，以实现清洁装置20的最佳性能。为了启动农用车10的目的，例如如果在农用车10停机时谷物遗留在清粮筛30内，控制器52可以切换马达58和马达60的方向，以便将谷物从清粮筛中移出。
本发明去除了现有技术机械传动，现有技术机械传动是通过一系列的皮带、链条、滑轮、曲柄和/或齿轮直接与发动机的输出端连接。马达58和马达60都是独立驱动且可以实质上电驱动并可通过控制器52控制，甚至可以通过一些其他方式驱动马达58和马达60，如液压驱动或气动驱动。提供给操作员的信息显示在显示器56上，这些信息可包括传感器62和传感器64的输出或从其中选择的输出。
农用车10的发动机36可包括一个单独的发电机，该发电机为清洁控制系统50提供电力。这个单独的发电机在农用车10启动时段或其他选定的运行情况下可脱离所述发动机，其可以是负荷卸载状态的一部分。例如，所述清粮筛在运行过程中需要约6千瓦的电力，但是当所述机器关闭而谷物遗留在清粮筛30中时可能经受非常高的负荷。在现有技术系统中该问题是通过从发动机到清粮筛的超尺寸驱动连接来解决。本发明为了防止电气部分的超尺寸，马达58和/或马达60的方向控制相互独立且运行方向可以是正常清洁运行方向的反方向，例如，通过清粮筛的反方向运行使得谷物从清粮筛中移出，这一过程的功耗低于现有技术系统。另外，清洁风机28可以被高速驱动以将谷物和/或碎片从清粮筛30中吹出。
本发明有利于显著改善清粮筛和清洁风机的效率。筛振动频率和风机转速被控制运行在最大吞吐量的最佳设置值上，改善清洁谷物的质量，减少由于过度的振动频率引起的结构应力，并降低功耗。另一特征是能够对不同的农作物进行筛振动频率和吹风速度调整。对于不同的农作物，本发明中的筛振频率和风机的转速可以被选择实现最佳的清洁效果。此外，通过本发明可达到对选频和转速的变化范围的密切控制。
如图4和图5所示方法100和方法105，两方法同时独立运行。方法100说明了本发明的清洁控制系统50控制方法的实施例，方法150说明车辆10的动力单元在步骤152驱动推进负荷，如包括有车轮14的传动系统。通过离合器系统实现动力单元36与推进负荷的连接，未示出，从而驱动该推进负荷。所述动力单元，其可以是车辆10的发动机36，也提供动力给步骤154中的另一动力源，来自该动力源的所述动力被马达58和马达60使用。但是，在发动机36与马达58和马达60之间没有用于驱动马达58和60的机械连接。应该理解，步骤的具体位置和执行顺序可根据应用和针对特定农作物可获得和认为可应用的传感器输入来改变。
方法100包括在步骤102中操作员的输入被送至系统50，在步骤104中感应谷物状况，以及在步骤106中感应环境状况，这些步骤可以大体同时发生，及可以根据不同的使用状态有些步骤有规律地或甚至完全不发生。当发出的新的输入在步骤108中接收，上述步骤中的任一步骤都可以启动该方法。在步骤102，操作员通过操作员控制54产生对系统50的输入。例如，根据操作员优选或改变农作物的类型或期望运行条件，这能用于清洁风机28和/或清粮筛30速度的调整。在步骤104，谷物的状况由传感器64感应，谷物状况包括谷物水分、通过清洁装置20的谷物体积、谷物的洁净度、破裂的谷物和谷物状况的其它测定值。在步骤106，环境运行状况由传感器64感应，环境状况包括周围空气湿度、气压、车辆10的姿态和其他与车辆10相关的环境运行因素。在步骤106，更多的状况被感应，这些状况包括发动机36以及车辆10的其他机械状器上负荷的检测，这些状况由控制器52处理并确定清洁系统20中的改变是否有必要。
在步骤108，控制器52接收来自步骤102、104、106、114和122的输入，该输入允许控制器52在步骤110和118中分别可控制地驱动清洁风机28和清粮筛30。在步骤112和步骤120，分别感应清洁风机28和清粮筛30的运行状况，该运行状况可以包括速度、振动或其他由传感器62感应的运行状况。传感器62采集的所述信息在步骤114和步骤122中通过信号在步骤116和步骤124中通过控制器52传输至显示器56。在步骤114和步骤122中发送的信号在步骤108中也作为输入信息并被用来根据所述信息改变风机28和\或清粮筛30的速度。方法100利用清洁控制系统50的元件不断重复，而不考虑或依赖于发动机36转速。
风机28速度和筛30频率的控制均由控制器52实现，控制器52在步骤110、步骤112和步骤114中实现风机速度的控制，在步骤118、步骤120和步骤122中实现筛频率的控制。所述的控制取决于操作员在步骤102中的输入信息，或在步骤106中取决于传感器64感应的关于车辆10的发动机36或其他机械装置上的负荷信息。系统50可以根据操作员在步骤102输入的信息或存储于控制器52内存中默认速度保持风机28或筛30的速度。此外，在步骤110或步骤118，控制器可以反方向驱动风机28或筛30。
已描述了优选实施例，应当明白，可以在不超出本发明所附权利要求定义的范围内进行各种修改。